KR20110138195A - Alkali-containing monolayer graphene and electric device comprising same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An alkali metal containing monolayer graphene and an electronic device including the same are provided to maintain the inherent characteristic of the graphene by forming high band gap in the graphene through the localization of charges based on non-chemical bonds. CONSTITUTION: Alkali metals are prepared by being selected from lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, and francium. The alkali metals are placed on at least one surface of a monolayer graphene. The alkali metals are in second dimensional thin film structure. About 30-99% of the entire surface area of the monolayer graphene is occupied by the alkali metals. The band gap of the monolayer graphene is more than or equal to 0.4eV. The area of the monolayer graphene is more than or equal to 1cm^2.

Description

알칼리 금속 함유 단일층 그라펜 및 이를 포함하는 전기소자{Monolayer graphene comprising alkali metal, and electronic device comprising the same}Monolayer graphene comprising alkali metal, and electronic device comprising the same

알칼리 금속 함유 단일층 그라펜 및 이를 포함하는 전기소자에 관한 것으로서, 단일층 그라펜에 알칼리 금속을 함유시켜 반도체화시킴으로써 트랜지스터를 포함하는 다양한 전기소자에 유용하게 사용할 수 있다.The present invention relates to an alkali metal-containing single layer graphene and an electric device including the same, and may be usefully used in various electric devices including a transistor by incorporating an alkali metal into a single layer graphene and semiconductorizing the semiconductor.

일반적으로 그래파이트(graphite)는 탄소 원자가 6각형 모양으로 연결된 판상의 2차원 그라펜이 적층되어 있는 구조이다. 최근 그래파이트로부터 한층 또는 수층의 그라펜을 벗겨 내어, 상기 그라펜의 특성을 조사한 결과 기존의 물질과 다른 매우 유용한 특성이 발견되었다.In general, graphite (graphite) is a structure in which two-dimensional graphene of plate-shaped carbon atoms are connected in a hexagonal shape. Recently, one or more layers of graphene were stripped from graphite, and the characteristics of the graphene were examined to find very useful properties different from the existing materials.

예를 들어 그라펜은 자체적으로 금속성을 가지므로 전도성을 갖게 된다. 이러한 전도성으로 인해 도 1에 도시한 바와 같이 그라펜은 밴드갭이 존재하지 않게 된다. 따라서 그라펜에 반도체 특성을 부여하기 위해서는 밴드갭을 형성할 필요가 있다.Graphene, for example, has a metallicity of its own and thus becomes conductive. This conductivity prevents the graphene from having a band gap as shown in FIG. 1. Therefore, in order to impart semiconductor characteristics to graphene, it is necessary to form a band gap.

일태양에 따른 기술적 과제는 반도체 특성이 부여된 그라펜을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a graphene imparted with semiconductor characteristics.

다른 일태양에 따른 기술적 과제는 상기 반도체 특성이 부여된 그라펜을 구비하는 전기소자를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electric device having graphene imparted with the semiconductor properties.

일태양에 따르면,According to the sun,

알칼리 금속을 함유하는 단일층 그라펜이 제공된다.A single layer graphene containing alkali metal is provided.

일구현예에 따르면, 상기 알칼리 금속은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs) 및 프란슘(Fr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이다.According to one embodiment, the alkali metal is at least one selected from the group consisting of lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs) and francium (Fr).

일구현예에 따르면, 상기 알칼리 금속으로서는 나트륨(Na)을 사용할 수 있다.According to one embodiment, sodium (Na) may be used as the alkali metal.

일구현예에 따르면, 상기 알칼리 금속은 상기 단일층 그라펜의 적어도 일표면 상에 존재할 수 있다.According to one embodiment, the alkali metal may be present on at least one surface of the single layer graphene.

일구현예에 따르면, 상기 알칼리 금속은 2차원 형태의 박막 구조를 가질 수 있다.According to one embodiment, the alkali metal may have a two-dimensional thin film structure.

일구현예에 따르면, 상기 알칼리 금속은 박막, 나노로드 및/또는 나노클러스터의 형태를 가질 수 있다.According to one embodiment, the alkali metal may have the form of a thin film, nanorods and / or nanoclusters.

일구현예에 따르면, 상기 알칼리 금속은 상기 단일층 그라펜의 전체 표면적의 약 30 내지 약 99%를 차지할 수 있다.According to one embodiment, the alkali metal may comprise about 30 to about 99% of the total surface area of the single layer graphene.

일구현예에 따르면, 상기 알칼리 금속은 상기 단일층 그라펜의 전체 표면적의 약 50 내지 약 90%를 차지할 수 있다.According to one embodiment, the alkali metal may comprise about 50 to about 90% of the total surface area of the single layer graphene.

일구현예에 따르면, 상기 단일층 그라펜은 약 0.4eV 이상의 밴드갭을 가질 수 있다.According to one embodiment, the single layer graphene may have a bandgap of about 0.4 eV or more.

일구현예에 따르면, 상기 단일층 그라펜은 약 0.45eV 내지 약 0.8eV의 밴드갭을 가질 수 있다.According to one embodiment, the single layer graphene may have a bandgap of about 0.45 eV to about 0.8 eV.

일구현예에 따르면, 상기 단일층 그라펜은 약 0.6eV 내지 약 0.8eV의 밴드갭을 가질 수 있다.According to one embodiment, the single layer graphene may have a bandgap of about 0.6 eV to about 0.8 eV.

일구현예에 따르면, 상기 단일층 그라펜은 1cm2 이상의 면적을 가질 수 있다.According to one embodiment, the single layer graphene may have an area of 1 cm 2 or more.

일구현예에 따르면, 상기 단일층 그라펜은 단위 면적 1000㎛2당 10개 이하의 주름을 가질 수 있다.According to one embodiment, the single layer graphene may have 10 or less wrinkles per unit area of 1000 μm 2 .

일구현예에 따르면, 상기 단일층 그라펜은 단위 면적 1mm2당 99% 이상의 범위로 존재할 수 있다.According to one embodiment, the single layer graphene may be present in a range of 99% or more per 1 mm 2 unit area.

일구현예에 따르면, 상기 단일층 그라펜의 하부에 기판을 더 구비할 수 있다.According to one embodiment, the substrate may be further provided under the single layer graphene.

일구현예에 따르면, 상기 기판으로서는 Si 기판, 글래스 기판, GaN 기판, 실리카 기판 등의 무기질 기판; Ni, Co, Fe, Pt, Pd, Au, Al, Cr, Cu, Mn, Mo, Rh, Ir, Ta, Ti, W, U, V 및 Zr 등의 금속기판; 플라스틱 기판 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 기판;을 예로 들 수 있다.According to one embodiment, the substrate may be an inorganic substrate such as a Si substrate, a glass substrate, a GaN substrate, a silica substrate; Metal substrates such as Ni, Co, Fe, Pt, Pd, Au, Al, Cr, Cu, Mn, Mo, Rh, Ir, Ta, Ti, W, U, V and Zr; The board | substrate which consists of one or more of plastic substrates; is mentioned, for example.

다른 태양에 따르면,According to another sun

상기 알칼리 금속을 함유하는 단일층 그라펜을 구비하는 전기소자가 제공된다.An electric device having a single layer graphene containing the alkali metal is provided.

상기 전기소자로서는 센서, 바이폴라 정션 트랜지스터, 전계 효과형 트랜지스터, 이종 접합 바이폴러 트랜지스터, 싱글 일렉트론 트랜지스터, 발광다이오드, 유기전계 발광다이오드 등을 예로 들 수 있다.Examples of the electric element include a sensor, a bipolar junction transistor, a field effect transistor, a heterojunction bipolar transistor, a single electron transistor, a light emitting diode, an organic light emitting diode, and the like.

상기 알칼리 함유 단일층 그라펜은 비화학적 결합에 의한 전하의 편재화를 통해 높은 밴드갭을 형성하여 그라펜을 반도체화시키므로 그라펜 자체의 고유 특성을 유지하는 것이 가능해진다. 따라서 그라펜의 고이동도와 같은 특성을 유지하면서 높은 밴드갭을 부여할 수 있으므로 트랜지스터와 같은 다양한 전기소자에 유용하게 활용할 수 있다.Since the alkali-containing single layer graphene forms a high band gap through the localization of charges by non-chemical bonding to semiconductor the graphene, it becomes possible to maintain the inherent characteristics of the graphene itself. Therefore, it is possible to apply a high band gap while maintaining the characteristics such as high mobility of the graphene, it can be usefully used in various electrical devices such as transistors.

도 1은 일반적인 그라펜의 밴드갭을 나타낸다.
도 2는 일구현예에 따른 전계 효과형 트랜지스터의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 3은 제조예 1에서 얻어진 그라펜 단일층의 광투과도를 나타낸다.
도 4 내지 도 7은 실시예 1에서 얻어진 단일층 그라펜의 나트륨 증착 과정을 나타낸다.
도 8은 실시예 1 에서 얻어진 나트륨 함유 단일층 그라펜의 밴드갭 측정 결과를 나타낸다.
1 shows a band gap of a typical graphene.
2 is a schematic diagram illustrating a structure of a field effect transistor according to one embodiment.
3 shows the light transmittance of the graphene monolayer obtained in Preparation Example 1. FIG.
4 to 7 show a sodium deposition process of the single layer graphene obtained in Example 1.
8 shows the bandgap measurement results of the sodium-containing monolayer graphene obtained in Example 1. FIG.

일태양에 따르면, 알칼리 금속을 함유하는 단일층 그라펜을 제공한다.According to one aspect, a single layer graphene containing alkali metal is provided.

본 명세서에서 사용되는 "그라펜"이라는 용어는 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성한 것으로서, 상기 공유결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6원환을 형성하나, 5원환 및/또는 7원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 그 결과 상기 그라펜 단일층은 서로 공유결합된 탄소원자들(통상 sp2 결합)의 단일층으로서 보이게 되며, 실질적으로 탄소 원자 1개 층의 두께를 가질 수 있다. 상기 그라펜 단일층은 일반적으로 약 97 내지 약 98%의 광투과도를 갖는다.The term "graphene" as used herein refers to a plurality of carbon atoms covalently linked to each other to form a polycyclic aromatic molecule, wherein the carbon atoms linked to the covalent bond form a six-membered ring as a basic repeating unit, It is also possible to further include a 5-membered ring and / or a 7-membered ring. As a result, the graphene monolayer appears as a single layer of covalently bonded carbon atoms (usually sp 2 bonds), and may have a thickness of substantially one carbon atom layer. The graphene monolayer generally has a light transmittance of about 97 to about 98%.

도 1에 도시한 바와 같이 밴드갭이 존재하지 않아 전도성을 나타내는 단일층 그라펜 상에 알칼리 금속을 함유시키면 밴드갭이 형성되어 상기 단일층 그라펜은 반도체 특성을 나타낼 수 있다. 즉, 알칼리 금속이 단일층 그라펜의 적어도 일표면에서 흡착 등과 같은 비화학적 결합을 통해 단일층 그라펜의 전하(charge) 분리를 유발하여 밴드갭을 형성할 수 있게 된다.As shown in FIG. 1, when an alkali metal is contained on a single layer graphene that exhibits conductivity because there is no band gap, a band gap may be formed, and the single layer graphene may exhibit semiconductor characteristics. In other words, the alkali metal may cause charge separation of the single layer graphene through non-chemical bonding such as adsorption on at least one surface of the single layer graphene to form a band gap.

이와 같은 밴드갭은 화학적 결합이 아닌 비화학적 결합, 예를 들어 흡착 등과 같은 물리적 결합에 의해 형성이 되므로 그라펜 자체의 순수 전하량(net charge)은 "제로"가 된다. 따라서 이와 같은 방법으로 밴드갭을 그라펜에 부여하게 되면 단지 전하의 편재화를 통해 밴드갭이 형성되므로 그라펜 자체에 손상이 가해지지 않으므로 그라펜 자체가 갖는 고이동도(high mobility)에 대한 감소 없이 단일층 그라펜에 밴드갭을 부여하여 반도체화시킬 수 있게 된다. This bandgap is formed by non-chemical bonds, for example, by physical bonds such as adsorption, rather than chemical bonds, so that the net charge of the graphene itself becomes "zero." Therefore, when the band gap is applied to the graphene in this manner, since the band gap is formed only through the localization of the charge, the graphene itself is not damaged, thereby reducing the high mobility of the graphene itself. Without the band gap to the single layer graphene can be semiconductorized.

상기 밴드갭은 그 크기가 커질수록 Ion/Ioff가 증가하므로 이를 채용한 전기소자의 특성을 향상시키는 것이 가능해진다. 상기 단일층 그라펜 상에 형성되는 밴드갭으로서는 약 0.4eV 이상, 예를 들어 약 0.45eV 내지 약 0.8eV, 약 0.6eV 내지 약 0.8eV을 예시할 수 있다. As the size of the bandgap increases, I on / I off increases, so that it is possible to improve the characteristics of the electric element employing the band gap. The band gap formed on the single layer graphene may be about 0.4 eV or more, for example, about 0.45 eV to about 0.8 eV, about 0.6 eV to about 0.8 eV.

이와 같은 밴드갭은 알칼리 금속의 종류 및 농도에 따라 조절될 수 있으며, 상기 알칼리 금속으로서는 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs) 및 프란슘(Fr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 예를 들어 나트륨(Na)을 사용할 수 있다.Such a band gap can be adjusted according to the type and concentration of alkali metal, and the alkali metal may be lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs) and francium ( One or more selected from the group consisting of Fr) can be used, for example sodium (Na) can be used.

이와 같은 알칼리 금속은 상기 단일층 그라펜의 적어도 일표면상에 존재하게 되며, 원자층 증착법(ALD), 화학기상증착법(CVD) 등의 방법을 통해 흡착 등과 같은 비화학적 결합을 형성하게 된다. 이와 같은 결합을 통해 상기 알칼리 금속은 상기 단일층 그라펜 상에서 알칼리 금속 나노 구조물을 형성하게 되며, 이와 같은 나노 구조물은 박막과 같은 2차원 구조를 가질 수 있다.Such alkali metal is present on at least one surface of the single layer graphene, and forms non-chemical bonds such as adsorption through methods such as atomic layer deposition (ALD) and chemical vapor deposition (CVD). Through such bonding, the alkali metal forms an alkali metal nanostructure on the single layer graphene, and the nanostructure may have a two-dimensional structure such as a thin film.

상기 알칼리 금속이 단일층 그라펜 상에서 형성하는 나노 구조물은 2차원의 박막 형태로서 나노닷, 나노리본, 나노캐비티, 나노로드, 나노클러스터, 나노 아일랜드 등의 다양한 형태로 존재할 수 있으며, 이들은 원자층 두께로 약 1층 내지 약100층의 두께로 형성되거나, 약 2.0 내지 약 200Å의 두께로 형성될 수 있다. 이들 알칼리 금속이 존재하는 영역은 상기 단일층 그라펜의 전체 표면적의 약 30% 내지 약 99%, 예를 들어 약 50% 내지 약 90%의 영역을 차지할 수 있다.The nanostructures formed by the alkali metal on the single layer graphene may be present in various forms such as nanodots, nanoribbons, nanocavities, nanorods, nanoclusters, and nano islands as two-dimensional thin films. For example, it may be formed to a thickness of about 1 layer to about 100 layers, or may be formed to a thickness of about 2.0 to about 200Å. The region in which these alkali metals are present may occupy about 30% to about 99%, for example about 50% to about 90% of the total surface area of the monolayer graphene.

상기와 같은 알칼리 금속의 2차원 나노 구조물이 단일층 그라펜의 적어도 일면 상에 비화학적 결합을 형성함으로써 전하의 편재화가 발생하여 도 2에 도시한 바와 같이 그라펜의 밴드갭이 형성된다. 이와 같은 밴드갭은 그라펜 자체의 손상 없이 형성되므로 그라펜이 갖는 고이동도와 같은 고유의 물성을 유지하면서 그라펜의 반도체화를 달성하게 된다.As the two-dimensional nanostructure of the alkali metal as described above forms a non-chemical bond on at least one surface of the single-layer graphene, localization of the charge occurs to form a band gap of the graphene as shown in FIG. 2. Since the band gap is formed without damaging the graphene itself, the graphene semiconductor is achieved while maintaining inherent physical properties such as high mobility of the graphene.

상술한 바와 같이 알칼리 금속을 함유하는 단일층 그라펜은 그 하부에 기판을 더 구비할 수 있다. 이와 같은 기판으로서는 그 종류에 제한이 없으나, 예를 들어 Si 기판, 글래스 기판, GaN 기판, 실리카 기판 등의 무기질 기판; Ni, Co, Fe, Pt, Pd, Au, Al, Cr, Cu, Mn, Mo, Rh, Ir, Ta, Ti, W, U, V 및 Zr 기판; 플라스틱 기판 중 어느 하나로 이루어지는 금속 기판을 하나 이상 사용할 수 있다.As described above, the single layer graphene containing the alkali metal may further include a substrate thereunder. There is no restriction | limiting in the kind as such a board | substrate, For example, Inorganic substrates, such as a Si substrate, a glass substrate, a GaN substrate, a silica substrate; Ni, Co, Fe, Pt, Pd, Au, Al, Cr, Cu, Mn, Mo, Rh, Ir, Ta, Ti, W, U, V, and Zr substrates; One or more metal substrates made of any one of plastic substrates can be used.

상기 알칼리 금속은 단일층 그라펜 상에 다양한 증착 공정으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 원자층 증착법, 화학기상증착법, 스퍼터링, 증발법 (evaporation) 등의 방법으로 형성될 수 있다.The alkali metal may be formed on a single layer graphene by various deposition processes, for example, by atomic layer deposition, chemical vapor deposition, sputtering, evaporation, or the like.

상기 알칼리 금속이 형성되는 그라펜은 단일층 그라펜을 사용하며, 이와 같은 단일층 그라펜 상에 알칼리 금속이 원자층 두께로 형성이 될 경우 밴드갭이 형성되어 그라펜에 반도체 성질을 부여하게 된다. 이때 사용하는 단일층 그라펜은 다양한 방법으로 제조할 수 있으며, 이하의 방법을 예로 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The graphene on which the alkali metal is formed uses a single layer graphene, and when the alkali metal is formed to an atomic layer thickness on the single layer graphene, a band gap is formed to impart semiconductor properties to the graphene. . In this case, the single layer graphene used may be manufactured by various methods, and the following method may be exemplified, but is not limited thereto.

- 그라펜 형성 공정 (기상법)-Graphene Formation Process (Weather Method)

그래파이트화 촉매 금속막 상에 그라펜을 형성하는 방법으로서는 기상법 또는 액상법을 사용할 수 있으며, 종래 알려져 있는 방법이라면 제한 없이 사용할 수 있다.As a method of forming graphene on the graphitized catalyst metal film, a gas phase method or a liquid phase method can be used, and any method known in the art can be used without limitation.

예를 들어 상기 기상법으로서는, 그래파이트화 촉매를 막의 형태로 형성하고, 여기에 기상의 탄소 공급원을 투입하면서 열처리하여 그라펜을 생성시킨 후, 이를 냉각하에 성장시킴으로써 형성된다. 즉, 그래파이트화 촉매가 막의 형태로 존재하는 챔버 내에 기상의 탄소 공급원을 소정 압력으로 공급하면서 소정 온도에서 소정 시간 동안 열처리하면, 상기 기상의 탄소 공급원에 존재하는 탄소성분들이 서로 결합하여 6각형의 판상 구조를 형성하면서 그라펜이 생성되며, 이를 소정 냉각 속도로 냉각하면 균일한 배열 상태를 갖는 그라펜 시트를 상기 그래파이트화 촉매 금속막 상에서 얻을 수 있게 된다.For example, the gas phase method is formed by forming a graphitization catalyst in the form of a film, heat treatment while adding a gaseous carbon source thereto, thereby producing graphene, and then growing it under cooling. That is, when the graphitization catalyst is heat-treated at a predetermined temperature for a predetermined time while supplying a gaseous carbon source at a predetermined pressure in a chamber in the form of a membrane, the carbon components present in the gaseous carbon source are bonded to each other to form a hexagonal plate. Graphene is produced while forming a structure, and cooling the graphene at a predetermined cooling rate allows a graphene sheet having a uniform arrangement to be obtained on the graphitized catalyst metal film.

상기 그라펜 시트 형성 과정에서 탄소 공급원으로서는 탄소를 공급할 수 있으며, 300℃ 이상의 온도에서 기상으로 존재할 수 있는 물질이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 기상 탄소 공급원으로서는 카본을 함유하는 화합물이면 가능하며, 탄소수 6개 이하의 화합물이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 탄소수 4개 이하의 화합물이고, 더욱 바람직하게는 탄소수 2개 이하의 화합물이다. 그러한 예로서는 일산화탄소, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.Carbon may be supplied as a carbon source in the graphene sheet forming process, and any material that may exist in the gas phase at a temperature of 300 ° C. or higher may be used without particular limitation. The gaseous carbon source may be a compound containing carbon, preferably a compound having 6 or less carbon atoms, more preferably a compound having 4 or less carbon atoms, and more preferably a compound having 2 or less carbon atoms. As such an example, one or more selected from the group consisting of carbon monoxide, ethane, ethylene, ethanol, acetylene, propane, propylene, butane, butadiene, pentane, pentene, cyclopentadiene, hexane, cyclohexane, benzene and toluene can be used.

이와 같은 탄소 공급원은 그래파이트화 촉매가 존재하는 챔버 내에 일정한 압력으로 투입되는 것이 바람직하며, 상기 챔버 내에서는 상기 탄소공급원만 존재하거나, 또는 헬륨, 아르곤 등과 같은 불활성 가스와 함께 존재하는 것도 가능하다.Such a carbon source is preferably introduced at a constant pressure in a chamber in which the graphitization catalyst is present, and in the chamber, only the carbon source may be present, or may be present together with an inert gas such as helium, argon, or the like.

또한, 상기 기상 탄소 공급원과 더불어 수소를 사용할 수 있다. 수소는 금속 촉매의 표면을 깨끗하게 유지하여 기상 반응을 제어하기 위하여 사용될 수 있으며, 용기 전체 부피의 5 내지 40 부피% 사용가능하고, 바람직하게는 10 내지 30 부피%이며, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 부피% 이다. Hydrogen may also be used in addition to the gaseous carbon source. Hydrogen can be used to control the gas phase reaction by keeping the surface of the metal catalyst clean, and can be used 5 to 40% by volume of the total volume of the vessel, preferably 10 to 30% by volume, more preferably 15 to 25 Volume%.

막 형태의 그래파이트화 촉매가 존재하는 챔버 내에 상기 기상의 탄소 공급원을 투입한 후, 이를 소정 온도에서 열처리하면 그라펜이 상기 그래파이트화 촉매의 표면 상에 형성된다. 상기 열처리 온도는 그라펜의 생성에 있어서 중요한 요소로 작용하며, 예를 들어 300 내지 2000℃, 또는 500 내지 1500℃를 사용할 수 있다. Graphene is formed on the surface of the graphitization catalyst by introducing the gaseous carbon source into a chamber in which the graphitization catalyst in the form of a film is present and then heat-treating it at a predetermined temperature. The heat treatment temperature acts as an important factor in the production of graphene, for example, may be used 300 to 2000 ℃, or 500 to 1500 ℃.

상기와 같은 열처리는 소정 온도에서 일정한 시간 동안 유지함으로써 그라펜의 생성 정도를 조절하는 것이 가능하다. 즉 열처리 공정을 장시간 유지할 경우 생성되는 그라펜이 많아지므로, 결과적인 그라펜의 두께를 크게 할 수 있으며, 열처리 공정이 그보다 짧아지면 결과적인 그라펜의 두께가 작아지는 효과를 낳게 된다. 따라서 목적하는 단일층 그라펜의 두께를 얻기 위해서는 상기 탄소 공급원의 종류 및 공급 압력, 그래파이트화 촉매의 종류, 챔버의 크기 외에, 상기 열처리 공정의 유지시간이 중요한 요소로서 작용할 수 있다. 이와 같은 열처리 공정의 유지 시간은 예를 들어 0.001 내지 1000시간 동안 유지할 수 있다.As described above, the heat treatment may be performed to maintain the graphene for a predetermined time at a predetermined temperature. That is, since the graphene is generated when the heat treatment process is maintained for a long time, the resulting graphene thickness can be increased. If the heat treatment process is shorter, the resulting graphene thickness is reduced. Therefore, in addition to the type and supply pressure of the carbon source, the type of graphitization catalyst, and the size of the chamber, the retention time of the heat treatment process may act as an important factor in order to obtain a desired thickness of the single layer graphene. The holding time of such a heat treatment process can be maintained for 0.001 to 1000 hours, for example.

상기 열처리를 위한 열원으로서는 유도가열(inductin heating), 복사열, 레이져, IR, 마이크로파, 플라즈마, UV, 표면 플라즈몬 가열 등을 제한 없이 사용할 수 있다. 이와 같은 열원은 상기 챔버에 부착되어 챔버 내부를 소정 온도까지 승온시키는 역할을 수행한다.As the heat source for the heat treatment, inducting heating, radiant heat, laser, IR, microwave, plasma, UV, surface plasmon heating and the like can be used without limitation. Such a heat source is attached to the chamber and serves to raise the inside of the chamber to a predetermined temperature.

상기와 같은 열처리 이후에, 상기 열처리 결과물은 소정의 냉각 공정을 거치게 된다. 이와 같은 냉각 공정은 생성된 그라펜이 균일하게 성장하여 일정하게 배열될 수 있도록 하기 위한 공정으로서, 급격한 냉각은 생성되는 그라펜 시트의 균열 등을 야기할 수 있으므로, 가급적 일정 속도로 서서히 냉각시킬 수 있으며, 예를 들어 분당 0.1 내지 10℃의 속도로 냉각시키는 것을 예로 들 수 있고, 자연 냉각 등의 방법을 사용하는 것도 가능하다. 상기 자연 냉각은 열처리에 사용된 열원을 단순히 제거한 것으로서, 이와 같은 열원의 제거만으로도 충분한 냉각 속도를 얻는 것이 가능해진다.After the heat treatment as described above, the heat treatment result is subjected to a predetermined cooling process. Such a cooling process is a process for allowing the generated graphene to grow uniformly and be uniformly arranged. As the sudden cooling may cause cracking of the generated graphene sheet, it may be gradually cooled at a constant speed as much as possible. Examples thereof include cooling at a rate of 0.1 to 10 ° C. per minute, and it is also possible to use a method such as natural cooling. The natural cooling simply removes the heat source used for the heat treatment, and it is possible to obtain a sufficient cooling rate even by removing such a heat source.

상술한 바와 같은 열처리 및 냉각 과정은 1사이클 과정으로 수행할 수 있으나, 이를 반복하여 치밀한 구조의 그라펜을 생성하는 것도 가능하다. The heat treatment and cooling process as described above may be performed in one cycle, but it is also possible to repeatedly generate graphene having a dense structure.

상기 그래파이트화 촉매는 판상 구조체인 금속막의 형태로 사용되며, 상기 탄소공급원과 접촉함으로써 탄소공급원으로부터 제공된 탄소성분들이 서로 결합하여 6각형의 판상 구조를 형성하도록 도와주는 역할을 수행한다. 그 예로서는 그래파이트 합성, 탄화반응 유도, 또는카본나노튜브 제조에 사용되는 촉매를 사용할 수 있다. 예를 들어 Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.The graphitization catalyst is used in the form of a metal film, which is a plate-like structure, and serves to help the carbon components provided from the carbon source combine with each other to form a hexagonal plate-like structure by contacting the carbon source. Examples thereof include catalysts used for graphite synthesis, carbonization induction, or carbon nanotube production. For example, one or more selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V and Zr can be used. have.

상기 기상법에 의해 얻어지는 그라펜은 기상의 순수한 재료 및 고온의 열처리를 통해 얻어지므로 흠결이 거의 없는 균질한 구조를 갖는다.The graphene obtained by the gas phase method is obtained through a pure material of a gaseous phase and a high temperature heat treatment, and thus has a homogeneous structure with few defects.

- 그라펜 형성 공정 (폴리머법)Graphene Formation Process (Polymer Method)

상기 단일층 그라펜을 형성하는 다른 방법으로서는 폴리머법을 예로 들 수 있다. 상기 그래파이트화 촉매 금속막에 액상 탄소계 물질을 접촉시키는 공정으로서 탄소계 물질인 탄소 함유 폴리머를 상기 기판 상에 도포하는 공정을 사용할 수 있다.Another method of forming the single layer graphene is a polymer method. As a step of bringing the liquid carbonaceous material into contact with the graphite catalyst metal film, a process of applying a carbon-containing polymer, which is a carbonaceous material, onto the substrate may be used.

상기 탄소계 물질로서 탄소 함유 폴리머를 사용하는 경우, 일반적인 탄소 함유 폴리머라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있으나, 자기 조립 폴리머를 사용하는 경우 폴리머가 촉매 표면에서 수직 방향으로 규칙적으로 배열되어 보다 치밀한 구조의 그라펜을 형성하는 것이 가능해진다.In the case of using a carbon-containing polymer as the carbon-based material, any carbon-containing polymer may be used without limitation. However, in the case of using a self-assembled polymer, the polymer is regularly arranged in the vertical direction on the surface of the catalyst, thereby providing a more compact structure. It becomes possible to form a pen.

이와 같은 자기조립막을 형성하는 자기 조립 폴리머로서는 양친매성 폴리머, 액정 폴리머 및 전도성 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 자기 조립 폴리머를 사용할 수 있다.As the self-assembled polymer forming the self-assembled film, at least one self-assembled polymer selected from the group consisting of an amphipathic polymer, a liquid crystal polymer and a conductive polymer can be used.

상기 양친매성 폴리머는 구조체 내에 친수성 및 소수성 작용기를 모두 가지므로 수용액 중에서 일정한 배향으로 배열되는 것이 가능하며, 예를 들어 랭뮤어-브로젯 배열, 디핑 배열, 스핀 배열 등이 가능하다. 상기 양친매성 폴리머는 아미노기, 히드록시기, 카르복실기, 설페이트기, 설포네이트기, 포스페이트기 또는 그의 염으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 친수성 작용기; 및 할로겐원자, C1-C30 알킬기, C1-C30 할로겐화 알킬기, C2-C30 알케닐기, C2-C30 할로겐화 알케닐기, C2-C30 알키닐기, C2-C30 할로겐환 알키닐기, C1-C30 알콕시기, C1-C30 할로겐화 알콕시기, C1-C30 헤테로알킬기, C1-C30 할로겐화 헤테로알킬기, C6-C30 아릴기, C6-C30 할로겐화 아릴기, C7-C30 아릴알킬기 및 C7-C30 할로겐화 아릴알킬기로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 소수성 작용기를 포함한다. 이와 같은 양친매성 폴리머로서는 카프르산, 라우르산, 팔미트산, 스테아르산, 미리스톨레산(myristoleic acid), 팔미톨레산(palmitoleic acid), 올레산, 스테아리돈산, 리놀렌산, 카프릴 아민, 라우릴 아민, 스테아릴 아민, 올레일 아민 등을 예로 들 수 있다.Since the amphiphilic polymer has both hydrophilic and hydrophobic functional groups in the structure, the amphiphilic polymer may be arranged in a constant orientation in an aqueous solution, for example, a Langmuir-Brojet array, a dipping array, a spin array, and the like. The amphiphilic polymer may include a hydrophilic functional group including at least one selected from the group consisting of an amino group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfate group, a sulfonate group, a phosphate group, or a salt thereof; And halogen atom, C1-C30 alkyl group, C1-C30 halogenated alkyl group, C2-C30 alkenyl group, C2-C30 halogenated alkenyl group, C2-C30 alkynyl group, C2-C30 halogen ring alkynyl group, C1-C30 alkoxy group, C1- At least one selected from the group consisting of a C30 halogenated alkoxy group, a C1-C30 heteroalkyl group, a C1-C30 halogenated heteroalkyl group, a C6-C30 aryl group, a C6-C30 halogenated aryl group, a C7-C30 arylalkyl group and a C7-C30 halogenated arylalkyl group It includes a hydrophobic functional group comprising a. Such amphiphilic polymers include capric acid, lauric acid, palmitic acid, stearic acid, myristoleic acid, palmitoleic acid, oleic acid, stearic acid, linolenic acid, caprylamine, la Examples include uryl amine, stearyl amine, oleyl amine, and the like.

상기 액정 폴리머는 액상 중에서 일정 배향으로 배열되는 성질을 가지고 있으며, 상기 전도성 폴리머는 용매에 용해된 후 막을 만들어서 용매가 휘발되면 자기 자신들끼리 배열하여 특정한 결정 구조를 이루게 되는 특성을 갖고 있으므로, 디핑 배열, 스핀 코팅 배열 등이 가능하다. 이와 같은 폴리머의 예로서는 폴리아세틸렌계, 폴리피롤계, 폴리티오펜계, 폴리아닐린계, 폴리플로오렌계, 폴리(3-헥실티오펜), 폴리나프탈렌계, 폴리(p-페닐렌 설파이드), 및 폴리(p-페닐렌 비닐렌)계 등을 예로 들 수 있다.The liquid crystal polymer has a property of being arranged in a certain orientation in the liquid phase, and the conductive polymer has a property of forming a specific crystal structure by dissolving them in a solvent to form a film after the solvent is volatilized to form a specific crystal structure, Spin coating arrangements and the like. Examples of such polymers include polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, polyfluoroene, poly (3-hexylthiophene), polynaphthalene, poly (p-phenylene sulfide), and poly ( p-phenylene vinylene) type | system | group etc. are mentioned.

상기 탄소 함유 폴리머는 구조 내에 탄소-탄소 이중결합 또는 탄소-탄소 삼중결합 등의 중합 기능성 작용기를 적어도 하나 가질 수 있다. 이들은 막을 형성한 후 자외선 조사 등의 중합 공정에 의해 폴리머 간의 중합을 유도할 수 있다. 이러한 공정으로 얻어진 탄소계 물질은 분자량이 높기 때문에 이후 열처리시 탄소의 휘발을 억제하는 것이 가능해진다.The carbon-containing polymer may have at least one polymerizable functional group such as a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple bond in the structure. After forming a film | membrane, these can induce superposition | polymerization between polymers by superposition | polymerization processes, such as ultraviolet irradiation. Since the carbon-based material obtained by such a process has a high molecular weight, it becomes possible to suppress volatilization of carbon during subsequent heat treatment.

이와 같은 탄소 함유 폴리머의 중합 공정은 상기 그래파이트화 촉매 상에 도포하기 이전 또는 이후에 수행할 수 있다. 즉, 그래파이트화 촉매 상에 도포하기 전에 탄소 함유 폴리머 간의 중합을 유도한 경우에는, 별도의 중합공정으로 얻어진 중합 막을 상기 그래파이트화 촉매 상에 전사하여 탄소계 물질층을 형성할 수 있다. Such a polymerization process of the carbon-containing polymer may be carried out before or after coating on the graphitization catalyst. That is, when the polymerization between the carbon-containing polymer is induced before coating on the graphitization catalyst, the polymer film obtained by a separate polymerization step can be transferred onto the graphitization catalyst to form a carbon-based material layer.

상기 탄소 함유 폴리머는 다양한 도포법으로 상기 그래파이트화 촉매 상에 배열될 수 있는 바, 예를 들어 랭뮤어-브로젯(Langmuir-Blodgett), 딥코팅, 스핀코팅, 진공증착 등의 방법으로 상기 촉매 표면에 배열할 수 있다. 특히 이와 같은 도포 방법에 따라 상기 탄소 함유 폴리머는 기판 상에 전체적으로 도포되거나, 또는 상기 그래파이트화 촉매 상에 선택적으로 도포될 수 있다.The carbon containing polymer may be arranged on the graphitization catalyst by various coating methods, for example, Langmuir-Blodgett, dip coating, spin coating, vacuum deposition, etc. Can be arranged in In particular, according to such an application method, the carbon-containing polymer may be applied on the substrate as a whole or selectively applied on the graphitization catalyst.

또한 자기 조립 유기물 중 양친매성 유기물은 분자 내에 친수성 부위와 소수성 부위를 모두 포함하고 있으며, 유기물, 예를 들어 폴리머의 친수성 부위는 친수성인 그래파이트화 촉매에 결합하여 우선적으로 촉매층 상에 고르게 배열하게 되며, 상기 양친매성 유기물의 소수성 부위는 기판의 반대쪽으로 노출되어, 촉매층과 결합되지 않은 다른 양친매성 유기물, 예를 들어 양친매성 폴리머의 친수성 부위와 결합한다. 상기 양친매성 유기물의 함량이 충분한 경우, 이와 같은 친수성-소수성 결합에 의해 상기 양친매성 유기물은 상기 촉매층 상에 순차적으로 적층된다. 이들이 순차적으로 결합하여 복수개의 층을 구성한 후, 열처리에 의해 그라펜 층을 구성하게 된다. 따라서 적절한 양친매성 유기물을 선택하고, 그 함량을 조절하여 형성되는 유기물 막의 두께를 제어함에 따라 그라펜의 층수를 단일층으로 조절하는 것이 가능해지므로 용도에 맞춰 적절한 두께의 그라펜을 제조할 수 있다는 장점을 갖게 된다.In addition, the amphiphilic organic material in the self-assembled organic material includes both hydrophilic and hydrophobic sites in the molecule, and the organic material, for example, the hydrophilic site of the polymer, binds to the hydrophilic graphite catalyst and preferentially arranges it evenly on the catalyst layer. The hydrophobic sites of the amphiphilic organics are exposed to the opposite side of the substrate to bond with other amphiphilic organics that are not bound to the catalyst layer, for example the hydrophilic sites of the amphiphilic polymer. When the content of the amphiphilic organic material is sufficient, the amphiphilic organic material is sequentially deposited on the catalyst layer by such a hydrophilic-hydrophobic bond. These are combined sequentially to form a plurality of layers, and then constitute a graphene layer by heat treatment. Therefore, by selecting the appropriate amphiphilic organic material and controlling the thickness of the organic film formed by controlling the content, it is possible to control the number of layers of graphene into a single layer, so that graphene having an appropriate thickness can be manufactured according to the purpose. Will have

- 그라펜 형성 공정 (액상법)-Graphene Formation Process (Liquid Method)

상기 단일층 그라펜을 형성하는 다른 방법으로서는 액상법을 예로 들 수 있다. 이와 같은 액상법은 그래파이트화 촉매 금속막에 액상 탄소계 물질을 접촉시킨 후 열처리하여 그라펜을 형성할 수 있다.As another method of forming the single layer graphene, a liquid phase method may be mentioned. In such a liquid phase method, graphene may be formed by bringing a liquid carbonaceous material into contact with a graphite catalyst metal film and then performing heat treatment.

상기 그래파이트화 촉매 금속막에 액상 탄소계 물질을 접촉시키는 공정으로서는 탄소계 물질인 액상 탄소계 물질 내에 상기 기판을 침지한 후 예비열처리하는 공정을 사용할 수 있다.As the process of contacting the liquid carbonaceous material with the graphitized catalyst metal film, a process of preliminary heat treatment after immersing the substrate in a liquid carbonaceous material that is a carbonaceous material may be used.

이와 같은 액상 탄소계 물질로서는 유기 용매를 예를 들 수 있으며, 탄소를 포함하며, 상기 그래파이트화 촉매에 열분해될 수 있는 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있으며, 끓는점이 60 내지 400℃인 극성 또는 비극성 유기용매를 사용할 수 있다. 이와 같은 유기용매로서는 알코올계 유기용매, 에테르계 유기 용매, 케톤계 유기용매, 에스테르계 유기용매, 유기산 유기용매 등을 사용할 수 있으며, 그래파이트화 금속 촉매와의 흡착이 용이하고, 반응성이 좋으며, 환원력이 우수하다는 측면에서 알코올계 및 에테르계 유기용매를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 알코올계 유기용매로서는 1가 알코올류 및 다가 알코올류 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 1가 알코올로서는 프로판올, 펜타올, 헥사놀, 헵타놀, 옥타놀 등을 사용할 수 있으며, 다가 알코올로서는 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 옥틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2,3-부탄디올, 디메틸-2,2-부탄디올-1,2 및 디메틸-2,2-부탄디올-1,3 등을 사용할 수 있다. 상기 1가 알코올류 및 다가 알코올류는 히드록시기 외에 에테르기를 포함할 수 있다.Examples of such liquid carbonaceous materials include organic solvents, and any carbon solvent may be used as long as it contains carbon and can be thermally decomposed to the graphitization catalyst. A polar or nonpolar organic substance having a boiling point of 60 to 400 ° C. Solvents may be used. As such an organic solvent, an alcoholic organic solvent, an etheric organic solvent, a ketone organic solvent, an ester organic solvent, an organic acid organic solvent, or the like can be used. The organic solvent can be easily adsorbed with a graphitized metal catalyst, has good reactivity, and has a reducing power. It is more preferable to use an alcohol type and an ether type organic solvent from the point of excellence. As such alcohol-based organic solvents, monohydric alcohols and polyhydric alcohols may be used alone or in combination. Promonol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol and the like may be used as the monohydric alcohol. Examples of the polyhydric alcohols include propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, tripropylene glycol, octylene glycol, tetraethylene glycol, neopentyl glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4- Butanediol, 2,3-butanediol, dimethyl-2,2-butanediol-1,2 and dimethyl-2,2-butanediol-1,3 and the like can be used. The monohydric alcohols and polyhydric alcohols may include ether groups in addition to hydroxy groups.

상기 액상 탄소계 물질을 사용하는 경우는, 예비 열처리 과정에 의해 침탄 과정을 진행할 수 있으며, 이와 같은 예비 열처리 과정에 의해 액상 탄소계 물질은 그래파이트화 촉매에 의해 열분해된다. 액상 탄소계 물질이 상기 그래파이트화 촉매에 의해 열분해되는 과정은 문헌(Nature, vol 418, page 964) 등에 이미 알려져 있으며, 예를 들어 다가 알코올과 같은 유기 용매의 열분해 결과물은 알칸, H2, CO2, H2O 등이며, 분해 결과물 중 탄소 성분이 촉매 내부에 침탄된다. 상기 문헌은 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.When the liquid carbonaceous material is used, carburization may be performed by a preliminary heat treatment process, and the liquid carbonaceous material is pyrolyzed by a graphitization catalyst. The process of thermally decomposing liquid carbonaceous material by the graphitization catalyst is already known (Nature, vol 418, page 964) and the like, for example, the thermal decomposition products of organic solvents such as polyhydric alcohols are alkanes, H 2 , CO 2 , H 2 O and the like, and the carbon component in the decomposition product is carburized inside the catalyst. This document is incorporated herein by reference.

이와 같은 열분해를 위한 상기 예비 열처리 과정은 100 내지 400℃의 온도에서 10분 내지 24시간 동안 수행할 수 있다. The preliminary heat treatment process for such pyrolysis may be performed for 10 minutes to 24 hours at a temperature of 100 to 400 ℃.

한편, 상기와 같은 침탄 공정에서 침탄의 정도를 조절함으로써 촉매 내의 탄소 함량을 조절할 수 있으며, 그에 따라 이어지는 그라펜 생성 공정에서 형성되는 그라펜 층의 두께를 단일층으로 조절하는 것이 가능해진다. 예를 들어 상기 액상 탄소계 물질의 분해반응 과정에서, 분해가 용이한 물질을 사용할 경우 분해된 탄소의 함량이 많아지고, 그 결과 다량의 탄소가 상기 촉매 내에 침탄되는 것이 가능해진다. 또한 상기 열처리 온도 및 시간을 조절하여 침탄 공정을 제어하면, 촉매 내에 침탄되는 탄소의 함량을 조절하는 것이 가능하며, 그에 따라 그라펜 생성 정도를 조절하는 것이 가능해진다. 따라서 그라펜 층의 두께를 단일층으로 쉽게 제어하는 것이 가능해진다.On the other hand, by controlling the degree of carburization in the carburizing process as described above, it is possible to control the carbon content in the catalyst, thereby making it possible to control the thickness of the graphene layer formed in the subsequent graphene production process to a single layer. For example, in the decomposition reaction process of the liquid carbonaceous material, when a material that is easily decomposed is used, the content of decomposed carbon increases, and as a result, a large amount of carbon can be carburized in the catalyst. In addition, by controlling the carburization process by adjusting the heat treatment temperature and time, it is possible to control the content of carbon carburized in the catalyst, thereby controlling the degree of graphene production. Thus, the thickness of the graphene layer can be easily controlled in a single layer.

상술한 바와 같이 탄소 함유 폴리머 또는 액상 탄소계 물질을 그래파이트화 촉매 금속막과 접촉시킨 후, 열처리를 수행하여 상기 촉매 금속막 상에 그라펜을 형성하게 된다. 이와 같은 열처리 공정은 상술한 기상법과 동일한 방법으로 수행할 수 있다.As described above, after the carbon-containing polymer or the liquid carbon-based material is contacted with the graphitized catalyst metal film, heat treatment is performed to form graphene on the catalyst metal film. Such a heat treatment process can be carried out in the same manner as the gas phase method described above.

- 그라펜 형성 공정 (SiC 성장법)-Graphene Formation Process (SiC Growth Method)

그라펜은 별도의 탄소 공급원 없이 기판 상에서 직접 형성할 수 있다. 이와 같은 기판으로서는 예를 들어 SiC 웨이퍼를 사용할 수 있다. SiC 웨이퍼 상에서는 그래핀이 에피택셜 방식으로 성장하게 되며, SiC 웨이퍼의 실리콘 및 탄소 표면 모두에서 그래핀이 성장할 수 있다. SiC 웨이퍼의 탄소 표면보다는 실리콘 표면 상에서 더 우수한 균일성을 갖는 그래핀을 성장시킬 수 있다.Graphene can be formed directly on the substrate without a separate carbon source. As such a substrate, for example, a SiC wafer can be used. Graphene grows epitaxially on SiC wafers, and graphene can grow on both the silicon and carbon surfaces of SiC wafers. It is possible to grow graphene with better uniformity on the silicon surface than on the carbon surface of the SiC wafer.

상기 기판의 예인 SiC 층은 두께가 약 1nm 내지 약 500㎛인 것을 사용할 수 있다. 상기 범위 내에서 그래핀 성장을 위한 충분한 탄소를 공급할 수 있게 된다. 이를 열처리하여 그래핀 구조체를 형성시킬 수 있다. An SiC layer, which is an example of the substrate, may have a thickness of about 1 nm to about 500 μm. Within this range it is possible to supply sufficient carbon for graphene growth. This may be heat treated to form a graphene structure.

상기 기판으로서 탄소 함유 기판, 예를 들어 SiC 웨이퍼를 사용한 경우, 웨이퍼 자체가 탄소공급원이 되므로 별도의 탄소공급원이 요구되지 않는다. 이 경우 열처리에 의해 내부의 Si-C 결합이 약해져 탄소가 표면으로 해리되어 방출된 후, 이들이 서로 결합하여 그래핀을 형성하게 된다.When a carbon-containing substrate, for example, a SiC wafer, is used as the substrate, a separate carbon supply source is not required because the wafer itself becomes a carbon supply source. In this case, the internal Si-C bond is weakened by heat treatment, and carbon is dissociated to the surface to be released. Then, they bond with each other to form graphene.

상기 그래핀을 형성하기 위한 열처리 조건으로서는 진공 또는 불활성 분위기하에서 약 1,000oC 내지 약 2,000oC의 온도에서 약 1분 내지 약 2시간 동안 수행할 수 있다.Heat treatment conditions for forming the graphene may be performed for about 1 minute to about 2 hours at a temperature of about 1,000 o C to about 2,000 o C in a vacuum or inert atmosphere.

상기 불활성 분위기는 아르곤이나 헬륨 같은 불활성 원소로 용기가 채워진 것을 의미하며 이때의 압력은 약 100torr 내지 약 700torr의 범위를 사용할 수 있다.The inert atmosphere means that the container is filled with an inert element such as argon or helium, and the pressure may be in the range of about 100 torr to about 700 torr.

상기와 같은 다양한 방법으로 얻어지는 단일층 그라펜은 1cm2 이상의 면적을 가질 수 있으며, 흠결이 적은 그라펜을 얻을 수 있으므로, 상기 단일층 그라펜은 단위 면적 1000㎛2당 10개 이하의 주름을 가질 수 있다. 또한 이들 단일층 그라펜은 단위 면적 1mm2당 99% 이상의 범위로 존재할 수 있다.The single layer graphene obtained by various methods as described above may have an area of 1 cm 2 or more, and the graphene having fewer defects may be obtained, and thus the single layer graphene may have 10 or less wrinkles per unit area of 1000 μm 2 . Can be. In addition, these monolayer graphene may be present in a range of 99% or more per unit area of 1 mm 2 .

이와 같이 제조된 단일층 그라펜 상에 알칼리 금속을 함유시켜 얻어지는 반도체화된 그라펜은 다양한 전기소자, 예를 들어 센서, 바이폴라 정션 트랜지스터, 전계 효과형 트랜지스터, 이종 접합 바이폴러 트랜지스터, 싱글 일렉트론 트랜지스터, 발광다이오드, 유기전계 발광다이오드 등을 예시할 수 있다.The semiconducting graphenes obtained by containing alkali metals on the monolayer graphene thus prepared are various electric devices, for example, sensors, bipolar junction transistors, field effect transistors, heterojunction bipolar transistors, single electron transistors, A light emitting diode, an organic light emitting diode, etc. can be illustrated.

이들 중 전계 효과형 트랜지스터의 예를 도 2에 도시한다. 도 2에서 기판(11) 상에 실리카 기판(12)이 존재하며, 그 위에 상기 반도체화된, 알칼리 금속 함유 단일층 그라펜(13)이 놓여진다. 좌우에는 소스전극(14) 및 드레인 전극(17)이 존재하며, 절연체층(16)을 사이에 두고 게이트 전극(15)이 존재하게 된다. 여기서 게이트 전극에 전압을 인가함으로써 소스-드레인 전극 사이에 흐르는 전류를 제어한다. 즉, 상기 반도체층이 채널 영역을 이루고 있고, 게이트 전극에 인가되는 전압으로 소스 전극과 드레인 전극의 사이에 흐르는 전류가 제어됨으로써 온/오프 동작한다.Among these, an example of the field effect transistor is shown in FIG. In FIG. 2, a silica substrate 12 is present on the substrate 11, on which the semiconductorized, alkali metal containing monolayer graphene 13 is placed. Source electrodes 14 and drain electrodes 17 exist on left and right sides, and gate electrodes 15 exist with insulator layer 16 therebetween. Here, the current flowing between the source and drain electrodes is controlled by applying a voltage to the gate electrode. That is, the semiconductor layer forms a channel region, and the current flowing between the source electrode and the drain electrode is controlled by a voltage applied to the gate electrode, thereby operating on / off.

여기서, 소스 전극과 드레인 전극의 간격은 상기 박막 트랜지스터를 이용하는 용도에 따라 결정되고, 예를 들어 O.1㎛ 내지 1㎜, 예를 들어 1㎛ 내지 100㎛, 또는 5㎛ 내지 100㎛이다.Here, the distance between the source electrode and the drain electrode is determined according to the use of the thin film transistor, and is, for example, 0.1 to 1 mm, for example, 1 to 100 m, or 5 to 100 m.

일구현예에 따른 트랜지스터에 있어서의 절연체층의 재료로는, 전기 절연성을 갖고 박막으로서 형성할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고, 금속 산화물(규소의 산화물을 포함한다), 금속 질화물(규소의 질화물을 포함한다), 고분자, 유기 저분자 등 실온에서의 전기 저항율이 1OΩ㎝ 이상인 재료를 이용할 수 있으며, 예를 들어 비유전율이 높은 무기 산화물 피막을 사용할 수 있다.The material of the insulator layer in the transistor according to one embodiment is not particularly limited as long as it has electrical insulation properties and can be formed as a thin film. Metal oxides (including silicon oxides) and metal nitrides (silicon nitrides) And a material having an electrical resistivity of 10 OMEGA cm or more at room temperature, such as a polymer and an organic low molecule, can be used. For example, an inorganic oxide film having a high dielectric constant can be used.

상기 무기 산화물로는 산화 규소, 산화 알루미늄, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 주석, 산화 바나듐, 타이타늄산 바륨스트론튬, 지르코늄산 타이타늄산 바륨, 지르코늄산 타이타늄산 납, 타이타늄산 납 란타늄, 타이타늄산 스트론튬, 타이타늄산 바륨, 불화 바륨 마그네슘, 란타늄 산화물, 불소 산화물, 마그네슘 산화물, 비스무트 산화물, 타이타늄산 비스무트, 니오븀 산화물, 타이타늄산 스트론튬 비스무트, 탄탈럼산 스트론튬 비스무트, 오산화 탄탈럼, 탄탈럼산 니오븀산 비스무트, 트라이옥사이드이트륨 및 이들을 조합한 것을 들 수 있고, 산화 규소, 산화 알루미늄, 산화 탄탈럼, 산화 티타늄을 예로 들 수 있다.The inorganic oxide may be silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium titanate zirconate, lead titanate zirconate, lead lanthanum titanate, strontium titanate, Barium titanate, barium magnesium fluoride, lanthanum oxide, fluorine oxide, magnesium oxide, bismuth oxide, bismuth titanate, niobium oxide, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth pentoxide, bismuth niobate tantalum, bismuth trioxide And combinations thereof. Examples thereof include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide.

또한, 질화 규소(Si3N4, SixNy (x, y〉0)), 질화 알루미늄 등의 무기 질화물도 적합하게 이용할 수 있다.In addition, inorganic nitrides such as silicon nitride (Si 3 N 4 , Si x N y (x, y > 0)) and aluminum nitride can also be suitably used.

또한, 절연체층은 알콕시드 금속을 포함하는 전구 물질로 형성될 수도 있고, 이 전구 물질의 용액을, 예컨대 기판에 피복하고, 이것을 열처리를 포함하는 화학 용액 처리를 함으로써 절연체층이 형성된다.Further, the insulator layer may be formed of a precursor containing an alkoxide metal, and the insulator layer is formed by coating a solution of the precursor, for example, on a substrate, and subjecting it to a chemical solution including heat treatment.

상기 알콕시드 금속에 있어서의 금속으로는, 예컨대 전이 금속, 란타노이드, 또는 주족 원소로부터 선택되고, 구체적으로는, 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 타이타늄(Ti), 비스무트(Bi), 탄탈럼(Ta), 지르코늄(Zr), 철(Fe),니켈(Ni), 망간(Mn), 납(Pb), 란타늄(La), 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 니오븀(Nb), 탈륨(Tl), 수은(Hg), 구리(Cu), 코발트(Co), 로듐(Rh), 스칸듐(Sc) 및 이트륨(Y) 등을 들 수 있다. 또한, 상기 알콕시드 금속에 있어서의 알콕시드로는, 예컨대 메탄올, 에탄올, 프로판올, 아이소프로판올, 뷰탄올, 아이소뷰탄올 등을 포함하는 알코올류, 메톡시 에탄올, 에톡시 에탄올, 프로폭시 에탄올, 뷰톡시 에탄올, 펜톡시 에탄올, 헵톡시 에탄올, 메톡시 프로판올, 에톡시 프로판올, 프로폭시 프로판올, 뷰톡시 프로판올, 펜톡시 프로판올, 헵톡시 프로판올을 포함하는 알콕시 알코올류 등으로부터 유도되는 것을 들 수 있다.As a metal in the said alkoxide metal, it selects from a transition metal, a lanthanoid, or a main group element, for example, Barium (Ba), strontium (Sr), titanium (Ti), bismuth (Bi), tantalum Rum (Ta), zirconium (Zr), iron (Fe), nickel (Ni), manganese (Mn), lead (Pb), lanthanum (La), lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), Rubidium (Rb), cesium (Cs), francium (Fr), beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), niobium (Nb), thallium (Tl), mercury (Hg), copper (Cu), Cobalt (Co), rhodium (Rh), scandium (Sc), yttrium (Y), etc. are mentioned. As the alkoxide in the alkoxide metal, for example, alcohols containing methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol and the like, methoxy ethanol, ethoxy ethanol, propoxy ethanol, butoxy And alkoxy alcohols containing ethanol, pentoxy ethanol, heptoxy ethanol, methoxy propanol, ethoxy propanol, propoxy propanol, butoxy propanol, pentoxy propanol, heptoxy propanol and the like.

일구현예에 따른 절연체층을 상기한 바와 같은 재료로 구성하면, 절연체층 중에 분극이 발생하기 용이해지고, 트랜지스터 동작의 임계 전압을 저감할 수 있다. 또한, 상기 재료 중에서도 Si3N4, SixNy, SiONx (x, y〉0) 등의 질화 규소로 절연체층을 형성하면, 공핍층이 한층 더 발생하기 용이해지며, 트랜지스터 동작의 임계 전압을 더욱 저감시킬 수 있다.When the insulator layer according to one embodiment is made of the above materials, polarization easily occurs in the insulator layer, and the threshold voltage of the transistor operation can be reduced. In addition, when the insulator layer is formed of silicon nitride such as Si 3 N 4 , Si x N y , and SiON x (x, y> 0), the depletion layer is more likely to be generated, and the threshold of the transistor operation is achieved. The voltage can be further reduced.

유기 화합물을 이용한 절연체층으로는 폴리이미드, 폴리아마이드, 폴리에스터, 폴리아크릴레이트, 광라디칼 중합계, 광 양이온 중합계의 광경화성 수지, 아크릴로나이트릴 성분을 함유하는 공중합체, 폴리바이닐페놀, 폴리바이닐알코올, 노볼락 수지 및 사이아노에틸풀루란 등을 이용할 수도 있다.Examples of the insulator layer using the organic compound include polyimide, polyamide, polyester, polyacrylate, photoradical polymerization system, photocurable resin of photocationic polymerization system, copolymer containing acrylonitrile component, polyvinylphenol, Polyvinyl alcohol, a novolak resin, cyanoethyl pullulan, etc. can also be used.

그 밖에, 왁스, 폴리에틸렌, 폴리클로로피렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리옥시메틸렌, 폴리바이닐클로라이드, 폴리불화바이닐리덴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리설폰, 폴리카보네이트, 폴리이미드사이아노에틸 풀룰란, 폴리(바이닐페놀)(PVP), 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리스타이렌(PS), 폴리올레핀, 폴리아크릴아마이드, 폴리(아크릴산), 노볼락 수지, 레졸 수지, 폴리이미드, 폴리자일렌, 에폭시 수지에 더하여, 풀룰란 등의 높은 유전율을 갖는 고분자 재료를 사용하는 것도 가능하다.In addition, wax, polyethylene, polychloropyrene, polyethylene terephthalate, polyoxymethylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polymethyl methacrylate, polysulfone, polycarbonate, polyimide cyanoethyl pullulan, poly (Vinylphenol) (PVP), poly (methyl methacrylate) (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polyolefin, polyacrylamide, poly (acrylic acid), novolac resin, resol resin, polyimide In addition to polyxylene and epoxy resins, it is also possible to use a polymer material having a high dielectric constant such as pullulan.

상기 절연체층은 상술한 바와 같은 무기 또는 유기 화합물 재료를 복수 이용한 혼합층일 수도 있고, 이들 적층 구조체일 수도 있다. 이 경우, 필요에 따라 유전율이 높은 재료와 발수성을 갖는 재료를 혼합하거나 적층함으로써 디바이스의 성능을 제어할 수도 있다.The insulator layer may be a mixed layer using a plurality of inorganic or organic compound materials as described above, or may be a laminate structure thereof. In this case, the performance of the device may be controlled by mixing or laminating a material having a high dielectric constant and a material having water repellency as necessary.

상기 절연체층의 형성 방법으로는 진공 증착법, 분자선 에피택셜 성장법, 이온 클러스터빔법, 저에너지 이온빔법, 이온 플레이팅법, CVD법, 스퍼터링법, 대기압 플라즈마법 등의 건식 프로세스나, 스프레이 코팅법, 스핀 코팅법, 블레이드 코팅법, 딥 코팅법, 캐스팅법, 롤 코팅법, 바 코팅법, 다이 코팅법 등의 도포에 의한 방법, 인쇄나 잉크 젯 등의 패터닝에 의한 방법 등의 습식 프로세스를 들 수 있고, 재료에 따라 사용할 수 있다. 습식 프로세스는 무기 산화물의 미립자를 임의의 유기 용제 또는 물에 필요에 따라 계면 활성제 등의 분산 보조제를 이용하여 분산한 액을 도포, 건조하는 방법이나 산화물 전구체, 예컨대 알콕시드체의 용액을 도포, 건조하는 이른바 졸겔법이 사용된다.As the method for forming the insulator layer, a dry process such as vacuum deposition, molecular beam epitaxial growth, ion cluster beam, low energy ion beam, ion plating, CVD, sputtering, atmospheric plasma, or spray coating or spin coating Wet processes such as a coating method, a blade coating method, a dip coating method, a casting method, a roll coating method, a bar coating method, a die coating method and the like, a printing or inkjet patterning method, and the like. Can be used depending on the material. The wet process is a method of applying and drying a liquid obtained by dispersing an inorganic oxide fine particle in an arbitrary organic solvent or water using a dispersing aid such as a surfactant as necessary, or applying and drying a solution of an oxide precursor such as an alkoxide body. The so-called sol-gel method is used.

상기 반도체층인 그라펜층과 절연체층 사이에는 금속 원자층 및/또는 금속 이온층이 더 형성될 수 있다. 상기 금속 원자층은 Zn, Al, Ga, Zr, Ni, Co, Pd 또는 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다. 상기 금속 이온층은 Zn, Al, Ga, Zr, Ni, Co, Pd 또는 이들의 혼합물의 이온을 포함할 수 있으며, 이들은 금속염의 형태로 존재할 수 있다. 상기 금속염의 대응 음이온으로서는 할로겐, (COOH)-1, NO3 2-, SO4 2-, CO3 -2 등을 예시할 수 있다. 이들 금속원자층 또는 금속이온층은 금속 원자 또는 금속 이온이 1층 내지 3층으로 적층된 두께를 가질 수 있다.A metal atomic layer and / or a metal ion layer may be further formed between the graphene layer, which is the semiconductor layer, and the insulator layer. The metal atomic layer may include Zn, Al, Ga, Zr, Ni, Co, Pd, or a mixture thereof. The metal ion layer may comprise ions of Zn, Al, Ga, Zr, Ni, Co, Pd or mixtures thereof, which may be present in the form of metal salts. As the corresponding anion of the metal salt may be exemplified halogen, (COOH) -1, NO 3 2-, SO 4 2-, CO 3 -2. These metal atom layers or metal ion layers may have a thickness in which metal atoms or metal ions are laminated in one to three layers.

상기 금속 원자층 또는 금속 이온층은 당업계에 알려져 있는 방법을 통해 형성할 수 있으며, 예를 들어 진공 증착법, 분자선 에피택셜 성장법, 이온 클러스터빔법, 저에너지 이온빔법, 이온 플레이팅법, CVD법, 스퍼터링법, 대기압 플라즈마법 등의 건식 프로세스나, 스프레이 코팅법, 스핀 코팅법, 블레이드 코팅법, 딥 코팅법, 캐스팅법, 롤 코팅법, 바 코팅법, 다이 코팅법 등의 도포에 의한 방법, 인쇄나 잉크 젯 등의 패터닝에 의한 방법 등의 습식 프로세스를 들 수 있고, 재료에 따라 사용할 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.The metal atomic layer or metal ion layer may be formed by a method known in the art, for example, vacuum deposition, molecular beam epitaxial growth, ion cluster beam method, low energy ion beam method, ion plating method, CVD method, sputtering method Dry process such as atmospheric plasma method, spray coating method, spin coating method, blade coating method, dip coating method, casting method, roll coating method, bar coating method, die coating method, etc. Wet processes, such as a method by patterning, such as a jet, can be mentioned, It can use according to a material, It does not specifically limit.

상기 트랜지스터, 예를 들어 박막 트랜지스터에 있어서의 기판은, 박막 트랜지스터의 구조를 지지하는 역할을 하는 것이고, 재료로는 유리 외에 금속 산화물이나 질화물 등의 무기 화합물, 플라스틱 필름(PET, PES, PC)이나 금속 기판 또는 이들 복합체나 적층체 등도 이용하는 것이 가능하다. 또한, 기판 이외의 구성 요소에 의해 박막 트랜지스터의 구조를 충분히 지지할 수 있는 경우에는, 기판을 사용하지 않는 것도 가능하다. 또한, 기판의 재료로는 실리콘(Si) 웨이퍼가 사용되는 것이 많다. 이 경우, Si 자체를 게이트 전극겸 기판으로 이용할 수 있다. 또한, Si의 표면을 산화하고, SiO2를 형성하여 절연층으로서 활용하는 것도 가능하다. 이 경우, 기판겸 게이트 전극의 Si 기판에 리드선 접속용 전극으로서, Au 등의 금속층을 성막하는 것도 있다.The substrate in the transistor, for example, a thin film transistor, serves to support the structure of the thin film transistor, and as a material, inorganic compounds such as metal oxides and nitrides, plastic films (PET, PES, PC), It is also possible to use a metal substrate or a composite or a laminate thereof. In addition, when the structure of a thin film transistor can fully be supported by components other than a board | substrate, it is also possible not to use a board | substrate. In addition, as a material of a substrate, a silicon (Si) wafer is often used. In this case, Si itself can be used as the gate electrode and the substrate. It is also possible to oxidize the surface of Si to form SiO 2 and to utilize it as an insulating layer. In this case, metal layers, such as Au, are formed into a film as a lead wire connection electrode on the Si substrate of a board | substrate and a gate electrode.

일구현예에 따른 트랜지스터에 있어서의 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극의 재료로는 도전성 재료이면 특별히 한정되지 않고, 백금, 금, 은, 니켈, 크롬, 구리, 철, 주석, 안티몬납, 탄탈륨, 인듐, 팔라듐, 텔루륨, 레늄, 이리듐, 알루미늄, 루테늄, 게르마늄, 몰리브데늄, 텅스텐, 산화주석ㅇ안티몬, 산화인듐ㅇ주석(ITO), 불소 도핑 산화 아연, 아연, 탄소, 흑연, 유리상 탄소, 은 페이스트 및 카본 페이스트, 리튬, 베릴륨, 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 스칸듐, 타이타늄, 망간, 지르코늄, 갈륨, 니오븀, 나트륨, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘, 리튬, 알루미늄, 마그네슘/구리 혼합물, 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화 알루미늄 혼합물, 리튬/알루미늄 혼합물 등이 이용되고, 이들을 이용하는 경우는 스퍼터법 또는 진공 증착법에 의해 성막하여 전극을 형성할 수 있다.The material of the gate electrode, the source electrode and the drain electrode in the transistor according to one embodiment is not particularly limited as long as it is a conductive material. Platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, Indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin oxide antimony, indium tin oxide (ITO), fluorine-doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, Silver pastes and carbon pastes, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloys, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / copper mixtures, magnesium / Silver mixtures, magnesium / aluminum mixtures, magnesium / indium mixtures, aluminum / aluminum oxide mixtures, lithium / aluminum mixtures, and the like, An electrode can be formed by forming into a film by the vapor deposition method or the vacuum vapor deposition method.

일구현예에 따른 트랜지스터에 있어서, 소스 전극, 드레인 전극으로는, 상기 도전성 재료를 포함하는 용액, 페이스트, 잉크, 분산액 등의 유동성 전극 재료를 이용하여 형성한 것도 이용 가능하다. 금속 미립자를 함유하는 분산물로는, 예컨대 공지된 도전성 페이스트 등을 이용할 수도 있지만, 통상 입자 직경이 0.5㎚ 내지 50㎚, 1㎚ 내지 10㎚의 금속 미립자를 함유하는 분산물이면 바람직하다. 이 금속 미립자의 재료로는, 예컨대 백금, 금, 은, 니켈, 크로뮴, 구리, 철, 주석, 안티몬납, 탄탈럼, 인듐, 팔라듐, 텔루륨, 레늄, 이리듐, 알루미늄, 루테늄, 저마늄, 몰리브데넘, 텅스텐, 아연 등을 이용할 수 있다.In the transistor according to one embodiment, as the source electrode and the drain electrode, one formed by using a fluid electrode material such as a solution, paste, ink, and dispersion liquid containing the conductive material may be used. As a dispersion containing metal microparticles | fine-particles, a well-known electrically conductive paste etc. can also be used, for example, It is preferable if it is a dispersion containing metal microparticles | fine-particles of 0.5 nm-50 nm and 1 nm-10 nm normally. Examples of the metal fine particles include platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, and mol. Ribdenum, tungsten, zinc and the like can be used.

이들의 금속 미립자를, 주로 유기 재료로 이루어지는 분산 안정제를 이용하여, 물이나 임의의 유기 용제인 분산매 중에 분산한 분산물을 이용하여 전극을 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 금속 미립자의 분산물의 제조 방법으로는, 가스중 증발법, 스퍼터링법, 금속 증기 합성법 등의 물리적 생성법이나, 콜로이드법, 공침법 등의 액상으로 금속 이온을 환원하여 금속 미립자를 생성하는 화학적 생성법을 예로 들 수 있다.It is preferable to form an electrode using the dispersion which disperse | distributed these metal microparticles | fine-particles mainly using the dispersion stabilizer which consists of organic materials in water and the dispersion medium which is arbitrary organic solvents. As a method for producing a dispersion of the metal fine particles, a physical production method such as evaporation in a gas, a sputtering method, or a metal vapor synthesis method, or a chemical production method of producing metal fine particles by reducing metal ions in a liquid phase such as a colloid method or a coprecipitation method For example.

이들 금속 미립자 분산물을 이용하여 상기 전극을 성형하고, 용매를 건조시킨 후, 필요에 따라 100℃ 내지 300℃, 예를 들어 150℃ 내지 200℃의 범위에서 형상대로 가열함으로써 금속 미립자를 열융착시켜 목적하는 형상을 갖는 전극 패턴을 형성할 수 있다.The electrode is molded using these metal fine particle dispersions, and the solvent is dried. Then, the metal fine particles are thermally fused by heating in a shape in a range of 100 ° C to 300 ° C, for example, 150 ° C to 200 ° C, if necessary. An electrode pattern having a desired shape can be formed.

또한, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극의 재료로서, 도핑 등으로 도전율을 향상시킨 공지된 도전성 폴리머를 이용할 수 있고, 예컨대 도전성 폴리아닐린, 도전성 폴리피롤, 도전성 폴리싸이오펜(폴리에틸렌다이옥시싸이오펜과 폴리스타이렌설폰산의 착체 등), 폴리에틸렌다이옥시싸이오펜(PEDOT)과 폴리스타이렌설폰산의 착체 등도 적합하게 사용된다. 이들 재료에 의해 소스 전극과 드레인 전극의 반도체층과의 접촉 저항을 저감할 수 있다.Moreover, as a material of a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode, the well-known conductive polymer which improved conductivity by doping etc. can be used, for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene (polyethylene dioxythiophene and polystyrene sulfonate) Complexes of phonic acid), and complexes of polyethylenedioxythiophene (PEDOT) and polystyrenesulfonic acid are also suitably used. These materials can reduce the contact resistance between the semiconductor layer of the source electrode and the drain electrode.

소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 재료는, 상술한 예 중에서도 반도체층과의 접촉면에서 전기 저항이 적은 것이 바람직하다. 이 때의 전기 저항은, 즉 전류 제어 디바이스를 제작했을 때 전계 효과 이동도와 대응하고 있으며, 큰 이동도를 얻기 위해서는 가능한 한 저항이 작은 것이 필요하다.It is preferable that the material which forms a source electrode and a drain electrode is small in electrical resistance in the contact surface with a semiconductor layer among the above-mentioned examples. The electrical resistance at this time corresponds to the field effect mobility when the current control device is manufactured, and in order to obtain large mobility, it is necessary that the resistance is as small as possible.

상기 전극의 형성 방법으로는, 예컨대 증착, 전자빔 증착, 스퍼터링, 대기압 플라즈마법, 이온 플레이팅, 화학 기상 증착, 전착, 무전해 도금, 스핀 코팅, 인쇄 또는 잉크 젯 등의 수단에 의해 형성된다. 또한, 필요에 따라 패터닝하는 방법으로는, 상기 방법을 이용하여 형성한 도전성 박막을, 공지된 포토리소그래프법이나 리프트 오프법을 이용하여 전극 형성하는 방법, 알루미늄이나 구리 등의 금속박상에 열 전사, 잉크 젯 등에 의해, 레지스트를 형성하여 에칭하는 방법이 있다. 또한, 도전성 폴리머의 용액 또는 분산액, 금속 미립자를 함유하는 분산액 등을 직접 잉크젯법에 의해 패터닝할 수도 있고, 도공막으로부터 리소그래피나 레이저 연마 등에 의해 형성할 수도 있다. 또한 도전성 폴리머나 금속 미립자를 함유하는 도전성 잉크, 도전성 페이스트 등을 볼록판, 오목판, 평판, 스크린 인쇄 등의 인쇄법으로 패터닝하는 방법도 이용할 수 있다.The electrode is formed by, for example, vapor deposition, electron beam deposition, sputtering, atmospheric plasma method, ion plating, chemical vapor deposition, electrodeposition, electroless plating, spin coating, printing or ink jet. Moreover, as a method of patterning as needed, the method of electrode formation of the electroconductive thin film formed using the said method using the well-known photolithographic method or the lift-off method, and thermal transfer on metal foils, such as aluminum and copper, , Ink jet, or the like, is a method of forming and etching a resist. Moreover, the solution or dispersion liquid of a conductive polymer, the dispersion liquid containing metal microparticles | fine-particles, etc. can also be patterned directly by the inkjet method, and can also be formed from a coating film by lithography, laser polishing, etc. Moreover, the method of patterning the conductive ink, conductive paste, etc. containing a conductive polymer, metal fine particles, etc. by printing methods, such as a convex plate, a recessed plate, a flat plate, and screen printing, can also be used.

이렇게 하여 형성된 전극의 막 두께는 전류가 통하면 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 0.2㎚ 내지 10㎛ 또는 4㎚ 내지 300㎚의 범위이다. 이 범위내이면, 막 두께가 얇음에 따라 저항이 높아져 전압 강하를 발생시키지 않는다.The film thickness of the electrode thus formed is not particularly limited as long as the current passes, but is, for example, in the range of 0.2 nm to 10 μm or 4 nm to 300 nm. If it is in this range, as a film thickness becomes thin, resistance becomes high and a voltage drop does not generate | occur | produce.

또한, 일구현예에 따른 트랜지스터에서는, 예컨대 주입 효율을 향상시킬 목적으로, 반도체층과 소스 전극 및 드레인 전극의 사이에 버퍼층을 설치할 수도 있다. 버퍼층으로는 n형 박막트랜지스터에 대해서는 유기 EL 소자의 음극에 사용되는 LiF, Li2O, CsF, NaCO3, KCl, MgF2, CaCO3 등의 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 이온 결합을 갖는 화합물을 사용할 수 있다. 또한, Alq(트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄 착체) 등 유기 EL 소자로 전자 주입층, 전자 수송층으로서 사용되는 화합물을 삽입할 수도 있다.In the transistor according to the embodiment, for example, a buffer layer may be provided between the semiconductor layer, the source electrode, and the drain electrode for the purpose of improving the implantation efficiency. As the buffer layer, a compound having an alkali metal or alkaline earth metal ion bond such as LiF, Li 2 O, CsF, NaCO 3 , KCl, MgF 2 , CaCO 3, etc., used for the cathode of the organic EL device may be used as the buffer layer. Can be. Moreover, the compound used as an electron injection layer and an electron carrying layer can also be inserted in organic electroluminescent element, such as Alq (tris (8-quinolinol) aluminum complex).

버퍼층은 캐리어의 주입 장벽을 내림으로써 임계값 전압을 내리고, 트랜지스터를 저전압 구동시키는 효과가 있다. 상기 버퍼층은 전극과 반도체층의 사이에 얇게 존재하면 무방하고, 그 두께는 0.1㎚ 내지 30㎚, 또는 0.3㎚ 내지 20㎚이다.The buffer layer has the effect of lowering the threshold voltage by driving the carrier injection barrier and driving the transistor at low voltage. The buffer layer may be thin between the electrode and the semiconductor layer, and the thickness thereof is 0.1 nm to 30 nm, or 0.3 nm to 20 nm.

또한 상기 박막 트랜지스터에 있어서, 발광소자를 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결한 후, 소스-드레인 사이를 흐르는 전류를 이용하여 상기 발광소자를 제어할 수 있으며, 이를 이용하여 평판표시장치를 구성할 수 있다.In the thin film transistor, the light emitting device may be electrically connected to the thin film transistor, and then the light emitting device may be controlled using a current flowing between a source and a drain, and the flat panel display may be configured using the thin film transistor. .

이하에서 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

제조예 1: 그라펜 단일층의 제조Preparation Example 1 Preparation of Graphene Monolayer

2인치 SiC 웨이퍼를 680torr의 아르곤 가스로 채워진 챔버 내에 위치시키고 1,650℃의 온도에서 10분간 가열하였다. 이어서 서서히 냉각하여 1mm X 10mm의 크기를 갖는 에피택셜 그라펜 단일층 구조체를 형성하였다.The 2-inch SiC wafer was placed in a chamber filled with 680 torr of argon gas and heated at a temperature of 1,650 ° C. for 10 minutes. It was then slowly cooled to form an epitaxial graphene monolayer structure having a size of 1 mm × 10 mm.

450nm 내지 700nm의 파장을 갖는 광의 흡광을 이용하여 상기에서 얻어진 그라펜 단일층의 광투과도를 측정하였다. 도 3은 상기 그라펜 단일층의 광투과도를 도시한다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 그라펜 단일층의 광투과도는 약 97% 내지 약 98%의 값을 나타내었다. 이를 통해 상기 공정에서 그라펜 단일층이 형성되었음을 알 수 있다.The light transmittance of the graphene monolayer obtained above was measured using the absorption of light having a wavelength of 450 nm to 700 nm. 3 shows the light transmission of the graphene monolayer. As can be seen in Figure 3, the light transmittance of the graphene monolayer showed a value of about 97% to about 98%. This shows that the graphene monolayer was formed in the above process.

제조예 2: 그라펜 단일층의 제조Preparation Example 2 Preparation of Graphene Monolayer

75㎛의 두께를 갖는 Cu 호일(Wacopa Co., ltd 제조)을 챔버 내에 위치시켰다. 이어서 분당 200 sccm(standard cubic centimeters per minute)으로 수소 가스를 상기 챔버에 가하면서 할로겐 램프를 사용하여 상기 Cu 호일을 1,000℃에서 30분간 가열하였다. 그리고 CH4 20sccm / H2 4sccm의 혼합가스를 30분 동안 상기 챔버에 가하였다. 이어서, 상기 챔버를 서서히 냉각하여 그라펜이 균일하게 배향되도록 성장시켜 1층의 두께를 갖는 10mm X 10mm 크기의 그라펜 단일층을 형성하였다.Cu foil (Wacopa Co., ltd) having a thickness of 75 μm was placed in the chamber. The Cu foil was then heated at 1,000 ° C. for 30 minutes using a halogen lamp while adding hydrogen gas to the chamber at 200 sccm (standard cubic centimeters per minute). And a mixed gas of CH 4 20sccm / H 2 4sccm was added to the chamber for 30 minutes. The chamber was then slowly cooled to grow uniformly oriented with graphene to form a 10 mm × 10 mm sized graphene monolayer with a thickness of one layer.

이어서, 폴리(메틸메타크릴레이트) ("PMMA")이 용해된 클로로벤젠 용액(5중량%)을 60초 동안 1,000 rpm(revolutions per minute)의 속도로 상기 그라펜 단일층이 형성된 기재 상에 도포하였다. 얻어진 결과물을 에천트(CE-100, Transene Co., Ltd.제조)에 1시간 동안 침지시켜 Cu 호일을 제거함으로써 PMMA에 결합된 그라펜 단일층을 분리하였다. 상기 PMMA에 결합된 그라펜 단일층을 실리카/실리콘 기판 상에 배치하고, 이를 건조한 후, 아세톤을 사용하여 PMMA를 제거하여 그라펜 단일층을 수득하였다.A chlorobenzene solution (5% by weight) in which poly (methylmethacrylate) ("PMMA") was dissolved was then applied onto the substrate on which the graphene monolayer was formed at a rate of 1,000 revolutions per minute (60 rpm) for 60 seconds. It was. The resulting product was immersed in an etchant (CE-100, Transene Co., Ltd.) for 1 hour to remove Cu foil to separate the graphene monolayer bound to PMMA. A graphene monolayer bonded to the PMMA was placed on a silica / silicon substrate, dried and then PMMA was removed using acetone to obtain a graphene monolayer.

상기 실리카/실리콘 기판에서 실리카(SiO2) 기재는 1cm X 1cm의 크기 및 300㎛의 두께를 가지며, 1cm X 1cm 의 크기 및 500㎛의 두께를 갖는 실리콘 기재 상에 위치한다.In the silica / silicon substrate, the silica (SiO 2 ) substrate has a size of 1 cm × 1 cm and a thickness of 300 μm, and is placed on a silicon substrate having a size of 1 cm × 1 cm and a thickness of 500 μm.

실시예 1Example 1

상기 제조예 1에서 얻어진 바와 같이, 1mm X 10mm의 크기를 갖는 그라펜 단일층은 SiC 기재 상에 위치하였다.As obtained in Preparation Example 1, a graphene monolayer having a size of 1 mm × 10 mm was placed on the SiC substrate.

이어서 스퍼터링 장비를 사용하여 나트륨(Na)을 10Å의 두께로 상기 단일층 그라펜 상에 형성하였다.Sodium (Na) was then formed on the monolayer graphene at a thickness of 10 mm 3 using a sputtering equipment.

도 4에서 도 7은 나트륨이 상기 단일층 그라펜에 점진적으로 형성되는 과정을 나타낸다. 도 4는 초기에 그라펜 상에 나트륨이 에피텍셜 구조(epitaxial structure)로 형성된 것을 나타내고, 도 5는 나트륨이 성장하여 나노 클러스터를 형성하며, 도 6은 나트륨이 나노 로드를 형성하고, 도 7은 최종적으로 2차원 박막 구조의 나트륨이 형성되었음을 나타낸다.4 to 7 show a process in which sodium is gradually formed in the monolayer graphene. FIG. 4 shows that sodium is initially formed as an epitaxial structure on graphene, FIG. 5 shows the growth of sodium to form nanoclusters, FIG. 6 shows sodium to form nanorods, and FIG. Finally, the sodium of the two-dimensional thin film structure is formed.

도 8은 상기 2차원 박막구조의 나트륨이 형성된 단일층 그라펜에 대하여 광학식 투과도 측정법을 사용하여 밴드갭을 측정한 결과를 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이 약 0.8eV의 밴드갭이 형성되었음을 알 수 있다.FIG. 8 shows the results of bandgap measurement using an optical transmittance measurement method for a single-layer graphene having sodium in the two-dimensional thin film structure. As shown in FIG. 8, it can be seen that a bandgap of about 0.8 eV is formed.

실시예 2Example 2

상기 제조예 2에서 얻어진 바와 같이, 실리카(SiO2) 기재는 1cm X 1cm의 크기 및 300㎛의 두께를 가지며, 1cm X 1cm 의 크기 및 500㎛의 두께를 갖는 실리콘 기재 상에 위치하며, 1mm X 10mm 크기를 갖는 그라펜 단일층이 상기 실리카 기재 상에 위치하였다.As obtained in Preparation Example 2, the silica (SiO 2 ) substrate has a size of 1 cm X 1 cm and a thickness of 300 μm, is located on a silicon substrate having a size of 1 cm X 1 cm and a thickness of 500 μm, and 1 mm X A graphene monolayer having a size of 10 mm was placed on the silica substrate.

스퍼터링 장비를 사용하여 나트륨(Na)을 10Å의 두께로 상기 단일층 그라펜 상에 형성하였다.Sodium (Na) was formed on the monolayer graphene at a thickness of 10 mm 3 using a sputtering equipment.

Claims (18)

알칼리 금속을 함유하는 단일층 그라펜.Single layer graphene containing alkali metals. 제1항에 있어서,
상기 알칼리 금속이 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs) 및 프란슘(Fr)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인 단일층 그라펜.
The method of claim 1,
Single layer graphene is the alkali metal is one or more selected from the group consisting of lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs) and francium (Fr).
제1항에 있어서,
상기 알칼리 금속이 나트륨(Na)인 것인 단일층 그라펜.
The method of claim 1,
Single layer graphene wherein the alkali metal is sodium (Na).
제1항에 있어서,
상기 알칼리 금속이 상기 단일층 그라펜의 적어도 일표면 상에 존재하는 것인 단일층 그라펜.
The method of claim 1,
Wherein said alkali metal is present on at least one surface of said monolayer graphene.
제1항에 있어서,
상기 알칼리 금속이 2차원 형태의 박막 구조를 갖는 것인 단일층 그라펜.
The method of claim 1,
Single layer graphene wherein the alkali metal has a two-dimensional thin film structure.
제1항에 있어서,
상기 알칼리 금속이 박막, 나노로드 및/또는 나노클러스터의 형태를 갖는 것인 단일층 그라펜.
The method of claim 1,
Single layer graphene wherein the alkali metal is in the form of a thin film, nanorods and / or nanoclusters.
제1항에 있어서,
상기 알칼리 금속이 상기 단일층 그라펜의 전체 표면적의 약 30 내지 약 99%인 것인 단일층 그라펜.
The method of claim 1,
Wherein said alkali metal is about 30 to about 99% of the total surface area of said monolayer graphene.
제1항에 있어서,
상기 알칼리 금속이 상기 단일층 그라펜의 전체 표면적의 약 50 내지 약 90%인 것인 단일층 그라펜.
The method of claim 1,
Wherein said alkali metal is about 50 to about 90% of the total surface area of said monolayer graphene.
제1항에 있어서,
상기 단일층 그라펜이 약 0.4eV 이상의 밴드갭을 갖는 것인 단일층 그라펜.
The method of claim 1,
Wherein said monolayer graphene has a bandgap of about 0.4 eV or greater.
제1항에 있어서,
상기 단일층 그라펜이 약 0.45eV 내지 약 0.8eV의 밴드갭을 갖는 것인 단일층 그라펜.
The method of claim 1,
Wherein said monolayer graphene has a bandgap of about 0.45 eV to about 0.8 eV.
제1항에 있어서,
상기 단일층 그라펜이 약 0.6eV 내지 약 0.8eV의 밴드갭을 갖는 것인 단일층 그라펜.
The method of claim 1,
Wherein said monolayer graphene has a bandgap of about 0.6 eV to about 0.8 eV.
제1항에 있어서,
상기 단일층 그라펜이 1cm2 이상의 면적을 갖는 것인 단일층 그라펜.
The method of claim 1,
The single layer graphene is a single layer graphene having an area of 1 cm 2 or more.
제1항에 있어서,
상기 단일층 그라펜이 단위 면적 1000㎛2당 10개 이하의 주름을 갖는 것인 단일층 그라펜.
The method of claim 1,
The single layer graphene is a single layer graphene having a wrinkle less than 10 per unit area 1000㎛ 2 .
제1항에 있어서,
상기 단일층 그라펜이 단위 면적 1mm2당 99% 이상의 범위로 존재하는 것인 단일층 그라펜.
The method of claim 1,
The monolayer graphene is present in the range of 99% or more per 1 mm 2 unit area graphene.
제1항에 있어서,
상기 단일층 그라펜의 하부에 기판을 더 구비하는 것인 단일층 그라펜.
The method of claim 1,
Single layer graphene will be further provided with a substrate under the single layer graphene.
제15항에 있어서,
상기 기판이 플라스틱 기판, Si 기판, 글래스 기판, GaN 기판, 실리카 기판, Ni 기판, Co 기판, Fe 기판, Pt 기판, Pd 기판, Au 기판, Al 기판, Cr 기판, Cu 기판, Mn 기판, Mo 기판, Rh 기판, Ir 기판, Ta 기판, Ti 기판, W 기판, U 기판, V 기판 및 Zr 기판 어느 하나 이상으로 이루어지는 기판인 것인 단일층 그라펜.
16. The method of claim 15,
The substrate is a plastic substrate, Si substrate, glass substrate, GaN substrate, silica substrate, Ni substrate, Co substrate, Fe substrate, Pt substrate, Pd substrate, Au substrate, Al substrate, Cr substrate, Cu substrate, Mn substrate, Mo substrate And a substrate comprising at least one of a Rh substrate, an Ir substrate, a Ta substrate, a Ti substrate, a W substrate, a U substrate, a V substrate, and a Zr substrate.
제1항 내지 제16항의 단일층 그라펜을 구비하는 전기소자.An electric device comprising the single layer graphene of claim 1. 제17항에 있어서,
상기 전기소자가 센서, 바이폴라 정션 트랜지스터, 전계 효과형 트랜지스터, 이종 접합 바이폴러 트랜지스터, 싱글 일렉트론 트랜지스터, 발광다이오드, 또는 유기전계 발광다이오드인 것인 전기소자.
The method of claim 17,
The electric device is a sensor, a bipolar junction transistor, a field effect transistor, a heterojunction bipolar transistor, a single electron transistor, a light emitting diode, or an organic light emitting diode.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130112256A (en) * 2012-04-03 2013-10-14 삼성전자주식회사 Graphene semiconductor device and manufacturing method thereof, and organic light emitting display and memory including graphene semiconductor device
US8890171B2 (en) 2012-07-12 2014-11-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of fabricating single-layer graphene
KR20150115298A (en) 2014-04-03 2015-10-14 한국화학연구원 Cnt-graphene hybrid film, preparation method thereof, and transparent electrode and fet comprising same
KR20160068222A (en) * 2014-12-05 2016-06-15 포항공과대학교 산학협력단 Method of producing band gap in graphene and graphene with a band gap therefrom
KR20160103782A (en) * 2015-02-25 2016-09-02 포항공과대학교 산학협력단 Method of producing band gap in graphene using cs+ ions and graphene with a band gap therefrom

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012088334A1 (en) 2010-12-21 2012-06-28 Kenneth Shepard Electrical devices with graphene on boron nitride
US8759153B2 (en) * 2011-09-06 2014-06-24 Infineon Technologies Ag Method for making a sensor device using a graphene layer
US9893212B2 (en) * 2011-11-08 2018-02-13 International Business Machines Corporation Quantum capacitance graphene varactors and fabrication methods
KR102037469B1 (en) * 2012-01-02 2019-10-28 삼성전자주식회사 Graphene electronic device and manufacturing method thereof
US9064842B2 (en) * 2012-03-20 2015-06-23 International Business Machines Corporation Semiconductor device including graphene layer and method of making the semiconductor device
CN102646795B (en) * 2012-04-21 2014-11-26 吉林大学 Organic electroluminescence device for reducing patterning graphene electrodes based on laser and manufacturing method therefor
EP2667417A1 (en) * 2012-05-23 2013-11-27 Imec Graphene-based semiconductor device
CN102674318B (en) * 2012-05-31 2013-09-25 西安电子科技大学 C injection-based Cu film assisted annealing graphene nanoribbon preparation method
CN102674317B (en) * 2012-05-31 2013-11-20 西安电子科技大学 C injection-based Ni film assisted SiC substrate graphene nanoribbon preparation method
CN102674319B (en) * 2012-05-31 2013-09-25 西安电子科技大学 Preparation method for Ni film assisted annealing graphene nano belt based on C injection
KR101919423B1 (en) * 2012-08-01 2018-11-19 삼성전자주식회사 Graphene semiconductor, and electronic device comprising the same
KR101919426B1 (en) * 2013-01-08 2018-11-19 삼성전자주식회사 Graphene electronic device and Manufacturing method of the same
KR102023616B1 (en) * 2013-04-09 2019-09-20 삼성전자주식회사 Graphene with a bandgap
WO2015021479A1 (en) * 2013-08-09 2015-02-12 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for assembling two-dimensional materials
KR101529660B1 (en) * 2013-08-20 2015-06-22 한국과학기술연구원 Photodetector using surface plasmon resonance and image senosr having thereof
US9412556B2 (en) * 2013-10-31 2016-08-09 The Regents Of The University Of California Transmission electron microscope cells for use with liquid samples
WO2015105759A1 (en) * 2014-01-07 2015-07-16 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Graphene-passivated implantable electrodes
KR102256017B1 (en) * 2014-01-28 2021-05-24 삼성전자주식회사 Method of doping 2-dimensional semiconductor and switching device
EP2903046A1 (en) 2014-01-30 2015-08-05 National Research Council Of Canada CNT thin film transistor with high K polymeric dielectric
CN105097943A (en) * 2015-06-24 2015-11-25 京东方科技集团股份有限公司 Thin film transistor and manufacturing method thereof, array substrate and display device
CN113176247A (en) * 2015-10-07 2021-07-27 加利福尼亚大学校董会 Graphene-based multi-modal sensor
JP6560594B2 (en) * 2015-11-06 2019-08-14 住友電気工業株式会社 Laminate and electronic device
US9941380B2 (en) 2015-11-30 2018-04-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Graphene transistor and related methods
CN105607346A (en) * 2016-03-28 2016-05-25 深圳市华星光电技术有限公司 Graphene backlight module and liquid crystal display device
CN105629576B (en) * 2016-03-28 2018-10-23 深圳市华星光电技术有限公司 A kind of graphene backlight module and graphene liquid crystal display device
US9923142B2 (en) 2016-05-31 2018-03-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Methods of graphene growth and related structures
US9991122B2 (en) * 2016-08-31 2018-06-05 Micron Technology, Inc. Methods of forming semiconductor device structures including two-dimensional material structures
US10181521B2 (en) 2017-02-21 2019-01-15 Texas Instruments Incorporated Graphene heterolayers for electronic applications
US9793214B1 (en) 2017-02-21 2017-10-17 Texas Instruments Incorporated Heterostructure interconnects for high frequency applications
CN106816512B (en) * 2017-03-03 2019-06-21 京东方科技集团股份有限公司 A light-emitting diode display substrate and a manufacturing method thereof, and a display
CN109727846B (en) * 2018-12-19 2020-07-28 北京大学 Method and application of large-area preparation of two-dimensional molybdenum telluride in-plane heterojunction in which metal phase is in contact with semiconductor
CN110534579A (en) * 2019-09-05 2019-12-03 电子科技大学 A kind of graphene-based heterojunction field effect transistor, preparation method and its integrated circuit
US11545558B2 (en) * 2020-09-28 2023-01-03 Paragraf Limited Method of manufacturing a transistor
CN117120662A (en) * 2021-03-24 2023-11-24 帕拉格拉夫有限公司 Wafer for CVD growth of uniform graphene and manufacturing method thereof
US12428301B1 (en) 2021-03-26 2025-09-30 Alvin T. Rockhill Graphene composition

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004048259A1 (en) * 2002-11-21 2004-06-10 California Institute Of Technology Carbon-based compositions for reversible hydrogen storage
KR101500787B1 (en) * 2007-09-14 2015-03-19 바이엘 머티리얼사이언스 아게 Carbon Nanotube Powder, Carbon Nanotube, and Method for the Production Thereof

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100098877A1 (en) * 2003-03-07 2010-04-22 Cooper Christopher H Large scale manufacturing of nanostructured material
US8044472B2 (en) * 2003-03-25 2011-10-25 Kulite Semiconductor Products, Inc. Nanotube and graphene semiconductor structures with varying electrical properties
KR101344493B1 (en) * 2007-12-17 2013-12-24 삼성전자주식회사 Single crystalline graphene sheet and process for preparing the same
JP2009182173A (en) 2008-01-31 2009-08-13 Fujitsu Ltd Graphene transistor and electronic device
KR20110021721A (en) * 2008-05-16 2011-03-04 스미토모덴키고교가부시키가이샤 Nanostructures made of carbon wires and carbon films and methods for producing them
WO2010123482A2 (en) * 2008-12-12 2010-10-28 Massachusetts Institute Of Technology High charge density structures, including carbon-based nanostructures and applications thereof
US8968903B2 (en) * 2009-07-29 2015-03-03 The Invention Science Fund I, Llc Fluid-surfaced electrode

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004048259A1 (en) * 2002-11-21 2004-06-10 California Institute Of Technology Carbon-based compositions for reversible hydrogen storage
KR101500787B1 (en) * 2007-09-14 2015-03-19 바이엘 머티리얼사이언스 아게 Carbon Nanotube Powder, Carbon Nanotube, and Method for the Production Thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Appl. Phys. Lett. 2009, Vol. 94, Article No. 153108 (2009.04.16.)* *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130112256A (en) * 2012-04-03 2013-10-14 삼성전자주식회사 Graphene semiconductor device and manufacturing method thereof, and organic light emitting display and memory including graphene semiconductor device
US8890171B2 (en) 2012-07-12 2014-11-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of fabricating single-layer graphene
KR20150115298A (en) 2014-04-03 2015-10-14 한국화학연구원 Cnt-graphene hybrid film, preparation method thereof, and transparent electrode and fet comprising same
KR20160068222A (en) * 2014-12-05 2016-06-15 포항공과대학교 산학협력단 Method of producing band gap in graphene and graphene with a band gap therefrom
KR20160103782A (en) * 2015-02-25 2016-09-02 포항공과대학교 산학협력단 Method of producing band gap in graphene using cs+ ions and graphene with a band gap therefrom

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